循環水離心泵永磁調速改造

燕山石化水氣管理中心第七供水車間二循共有3臺循環水泵，為化工二廠三聚裝置提供循環水，正常運行時兩用一備。

　　1 運行中存在的問題

　　化工二廠三聚裝置用水量在2 500m3/h～3 500m3/h，單泵運行時無法保證裝置的用水，給安全生產造成設備隱患；雙泵運行，管網壓力高0.65MPa～0.70 MPa，超過工藝控制范圍0.40MPa～0.60MPa，雙泵并聯運行效率低，裝置通過調節閥門控制循環水量，能耗浪費嚴重。

　　從流體力學原理可知，使用感應電動機驅動水泵負載，軸功率P與流量Q揚程H的關系為：P∝Q×H，即當電動機的轉速n1變化到n2時，Q、H、P與轉速的關系如下：輸出流量Q與轉速n成正比：輸出壓力（揚程）H與轉速n的平方成正比：輸出軸功率P與轉速n的立方成正比：例如當需要50%的額定流量時，通過調節水泵的轉速至額定轉速的50%，這時所需功率僅為原來的（50%）3，即12.5%。當轉速越低時其節能效果越明顯。

　　2 調速方案、原理

　　傳統的變頻技術是20世紀80年代興起的新技術，其變頻原理是根據三相異步電機的轉速，通過半導體電子元件構成電力變頻器，連續調節電動機的頻率，進而相應改變電動機的轉速，以達到節能的目的。變頻改造需更換電機和水泵，改造費用高，周期長。本次改造采用水冷型永磁調速驅動器的方式，在電機和水泵間增加永磁調速驅動器，調速系統主要包括永磁調速驅動器、PLC、壓力傳感器等組成的閉環控制部分以及配套的配電、管網等。

　　2.1 永磁調速工作原理

　　永磁調速驅動器主要有導體轉子、永磁轉子和控制器三部分組成。導體轉子固定在電機軸上，永磁轉子固定在負載（水泵）轉軸上，導體轉子和永磁轉子之間有間隙（稱為氣隙）。這樣電機和負載由原來的硬（機械）鏈接轉變為軟（磁）鏈接，通過調節永磁體和導體之間的氣隙就可實現負載軸上的輸出轉矩變化，從而實現負載轉速變化。

　　永磁調速通過供水系統管網上的壓力傳感器對管網的水壓進行采樣，將壓力信號轉換為電信號，并將其送至PLC控制端，PLC將壓力信號與用戶設置的壓力值進行比較和運算，在將結果轉換為調節信號送至永磁調速驅動器。永磁調速驅動器根據接收到的調節信號調整氣隙，從而實現調整水泵轉速，進而達到調節供水管網壓力的目的。

　　2.2 永磁調速特點

　　1）調速范圍廣、精度高。永磁調速可以精確的調節水泵轉速，閉環控制是時，轉速調節范圍可由1%～100%，精度可為±1%，采用PLC自動控制，大大提高了調節精度，減輕了操作人員的勞動強度；

　　2）運行可靠、維護方便費用低。永磁調速通過改變永磁體間隙的方式進行調節，平穩運行時完全不耗電，不采用電子元件進行變頻，耐沖擊、耐振動，基本無需維護，維修費用低；

　　3）電機損耗小、效率高。采用永磁調速，電動機的損耗小、效率高，水泵轉速丟轉率小于3%；

　　4）節電效果顯著。采用永磁調速，可以按負荷的大小自動調節轉速負荷，達到經濟運行，避免了靠調節閥門所造成的極大浪費；

　　5）改造簡單、周期短、費用低。采用永磁調速的改造方案，只需在水泵和電機間增加永磁調速驅動器，改造時只需將電機基礎增大，無需重新購置變頻電機和水泵，減少了大量的改造費用；

　　6）具有過載保護功能，從而提高了整個系統的可靠性，完全消除了系統因過載而導致的損壞；

　　7）使用壽命長，設計壽命為30年，并可延長系統中其他零部件的使用壽命。

　　3 永磁調速的效益

　　改造后二循將供水壓力控制在0.58MPa進行閉環控制，水泵電機電流由42A下降至31A，消耗功率由370.9kW降低至272.1kW，節省了98.8kW，按照每年運行8 000小時，預計每年可節電790 400度，可節省電費52.8萬元。

　　4 結論

　　循環水供水的工藝控制調節多采用調節閥門開度完成，很大程度上存在控制不方便、水泵電機效率低的弊端，二循通過永磁調速改造，取得了良好的節電效果，穩定了管網的運行。本系統通過PLC實現恒壓控制，極大地方便了崗位人員的操作，降低了崗位人員的勞動強度。系統的結構、軟件及主要技術環節的設計，都實現了生產過程的自動控制，提高了生產效率，提高了供水質量，同時永磁調速驅動器的冷卻系統需要進一步的改進。